Многоканальный регулятор Советский патент 1990 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть исполь- зова 10 при автоматизации группы однотипныхтехнологическихобьектов, в частности в системах стабилизации и программного регулирования температуры на объектах с многозонным нагревом.

1ель изобретения - повышение точности регулирования за счет сокращения общего времени обегания каналов,

На чертеже представлена блок-схема

регу/ятора.

F егулятор содержит канальные измерительные преобразователи 1, канальные зада чики 2. группы ключей 3 - 8. регулиру- юще } устройство 9, канальные аналоговые

запоминающие элементы 10, канальные ис- полнительные механизмы 11, трехпоэици- онный релейный элемент 12, блок 13 выделения модуля, первый 14, второй 15 и третий 16 пороговые элементы, первый 17 и второй 18 элементы И, первый - четвертый элементы 1.9 - 22 задержки, первый 23 и второй 24 элементы ИЛИ, блок 25 управления ключами, блок 26 сигнал.изации.

Регулирующее устройство 9 содержит сумматоры 27 и 28, интегратор 29 и дифференциатор 30, Кроме того, регулятор содержит элемент НЕ 31.

На чертеже обозначено Хп и Хэ - соответственно текущее и заданное значения регулируемого параметра, подаваемые на

О

о

00

О

ю о

входной сумматор 27 регулирующего устройства 9 в момент связи последнего с 1-м каналом управления; Y - выходной сигнал регулирующего устройства 9; YI - выходной сигнал 1-го канального аналогового запоми- нающего устройства 10; К1, К2, КЗ, Кп, Кп+1 - ключи, входящие в состав групп ключей; п - порядковые номера ключей.

Порядковые номера ключей соответствуют очередности их замыкания. Если замкнут ключ К1, то все остальные ключи (К2, КЗКп, Кп+1) разомкнуты. В дальнейшем при замыкании ключа К2 ключ К1 размыкается и т.д.

Шина сигналов управления ключами со- стоит из л+1 линий связи..

Группы ключей 3 и 4 имеют связь со всеми пн-1 линиями связи. Группы ключей 5 и 8 имеют связь только с четными линиями связи. Группы ключей 6 и 7 имеют связь только с нечетными линиями связи. Входы второго элемента ИЛИ 24 связаны с нечетными линиями связи.

Регулятор работает следующим образом.

Блок 26-управления ключами последовательно в темпе, задаваемом частотой переключения первого элемента ИЛИ 23 из нулевого состояния в единичное, замыкает посредством ключей, входящих в группы ключей 3, 4 и 5, соответствующий канал регулирования, состоящий из регулируемого объекта (не показаны), измерительного преобразователя 1, задатчика 2 регулируемого параметра , регулирующего устройства 9, аналогового запоминающего элемента 10 и исполнительного механизма 11. При переключении регулирующего устройства 9 с непрерывным выходным сигналом на работу с другим каналом (обьектом регулирования) запоминающий элемент 10 предыдущего канала запоминает последнее.значение регулирующего, воздействия. В результате этого пропорциональный исполнительный механизм 11 остается в положении, которое было до момента переключения выходной цепи регулирующего устройства 9 на работу с исполнительным механизмом 11 другого (последующего) канала.

При этом регулирующее устройство 9 работает в двух режимах - основном и подготовительном. В основном режиме осуществляется связь регулирующего устройства 9 с тем или иным обьектом регулирования в зависимости от положения соответствую- щих ключей групп ключей 3-5. Подготовительный режим необходим для обеспечения безударной коммутации канальных исполнительных механизмов 11 с регулирующим устройством 9. В основном режиме замыкаются ключи с четными порядковыми номерами, а в подготовительном режиму - с нечетными. Перед началом каждого основного режима работы регулирующего устройства 9 осуществляется предварительная его работа в подготовительном режиме.

Для организации работы регулирующего устройства 9 в подготовительном режиме многоканальный регулятор содержит группы ключей 6 и 7, а также трехпозиционный релейный элемент 12. В этом режиме все ключи группы ключей 5 разомкнуты, а в группах ключей 3 и 4 замкнуты только те ключи, у которых совпадают порядковые номера с номерами замкнутых ключей, входящих в группы ключей 6 и 7.

Если в группах ключей 3, 4, 6 и 7 замкнуты ключи К1, то на инвертирующий вход трехпозиционного релейного элемента 12 подается непосредственно выходной сигнал регулирующего устройства 9, а на неинвертирующий вход - выходной сигнал запоминающего элемента 10 первого канала через замкнутый ключ К1 группы ключей 6. При этом выход трехпозиционного релейного элемента 12 через замкнутый ключ К1 группы ключей 7 связан с дополнительным (скоростным) входом интегратора 29.

Совокупность технических средств, содержащая запоминающий элемент 10 первого канала, ключи К1 из группы ключей 6 и 7, трехпозиционный релейный элемент 12, интегратор 29 и сумматор 28, образуют следящую систему, в которой входным (задающим) сигналом является выходной сигнал Y1 запоминающего элемента 10 первого канала, а выходным сигналом - сигнал Y, снимаемый с выхода регулирующего устройства 9.

В подготовительном режиме на выходе сумматора 27 формируется сигнал, пропорциональный ошибке регулирования и равный по величине разности выходных сигналов задатчика 2 и измерительного преобразователя 1 первого канала. Этотсигмал разности подается на основной вход интег- {эатора 29, дифференциатора 30 и сумматора 28. Если принять, что постоянная времени интегрирования по скоростному входу интегратора 29 по величине намного меньше постоянной времени интегрирования по основному его входу, а сумматор 28 работает в линейном режиме, то выходной сигнал Y регулирующего устройства 9 практически мгновенно примет значение, рав-- ное по величине сигналу Y1, снимаемому с выхода запоминающего элемента 10 первого канала. Поэтому после переключения регулирующего устройства 9 на основной

рех

низм 11 первого канала в первый момент вре «чени поступит такое регулирующее воздей

:им работы на исполнительный меха;твие, которое по величине равно выход oмy сигналу запоминающего элемента 5 10 г ервого канала, сформированному на выход

J последнего еще до подготовительного

231/

ре има.

Таким образом, обеспечивается без- уда)ная коммутация канальных исполнительных механизмов 11 с регулирующим

УСТ||

нал

ойством 9 независимо от величины сиг- J ошибки регулирования. Время нахождения регулирующего уст- тва 9 в подготовительном режиме опре-

рой

делается элементом 21 задержки, так как в под отовительном режиме сигнал логическом 1 с выхода второго элемента ИЛИ 24 чер(;з элемент 21 задержки, элемент ИЛИ

блок. 25 управления ключами устанав-

ливлет группы ключей с подготовительного реж г1ма в основной (т.е. вызывает размыкание нечетных ключей и замыкание четных ключей в соответствующих группах).

Время нахождения регулирующего уст- ройства 9 в основном режиме определяется элементом 19 задержки или элементом.20 заде ржки или элементом 22 задержки, которые через первый элемент ИЛИ 23 устаиав- ливлют блок 25 управления ключами в сле/ующее положение, обеспечивая подго- тoв тельный режим работы для следующего кангла. Разрешающий сигнал на управление рлоком 25 у правления ключами от элементов 19 и 22 задержек поступает в оснс внрм режиме с выхода элемента НЕ 31 на Э1емент 19 задержки непосредственно,

гово

элемент задержки 22 через элемент

правление от элемента 22 задержки сходит в случае, когда после переклюа на

И 18

npoi

чeнvя регуляторе на основной режим ошибка регулирования в канале находится в дoпvcтимыx пределах (задаётся установкой необходимого порога срабатывания поре-

о элемента 14).

Время задержки элемента 22 задержки выбирается таким, чтобы обеспечить необходимую паузу между логическими 1, поступ

зющими на-входы элемента ИЛИ 23 с 50

элементов 21 и 22 задержки, для перехода выходного сигнала элемента ИЛИ 23 через 1еский О, что обеспечит переход регу- ) а на подготовительный режим следуюмал1регу;

логи лято щегс| канала.

В случаях, когда выходной сигнал запо- минлющих элементов 10 равен макси- ному значению, а сигнал ошибки

1ирования имеет такие значение и полярнзсть, которые не вызывают изменения

5

10

15

20

25 30 35

40

5

0

5

выходного сигнала регулирующего устройства 9, то в подготовительном режиме срабатывают пороговые элементы 15 и 16, с выхода которых сигналы поступают на входы элемента И 17, выходной сигнал которого поступает через элемент 20 задержки на один из входов элемента ИЛИ 23. Так как время задержки элемента 20 выбирается больше времени задержки элемента 21, то сигнал логической 1 на выходе, элемента 20 задержки появится уже в основном режиме этого канала и переключит блок 25 управления ключами в следующее положение, обеспечивая подготовительный режим следующего канала.

Элемент 19 задержки выдает на своем выходе сигнал только при наличии на его входе сигнала с длительностью времени, равной или большей его времени задержки. При наличии на входе элемента 19 задержки сигнала UDX с длительностью Ти 5: Тэ на выходе элемента 19 задержки появляется сигнал логической 1. 8 случае, если длительность входного сигнала меньше времени Та, то элемент 19 сигнала логической 1 не выдает.

Время задержки элемента 19 выбирается таким, что обеспечить необходимую точность поддержания регулируемого параметра в объектах регулирования. Срабатывание элемента 19 задержки означает, что регулирующее устройство 9 не свело ошибку регулирования в этом канале к допустимому пределу за время Тз. Поэтому выходной сигнал элемента 19 задержки, кроме элемента ИЛИ 23, подается через группу ключей 8 на блок 26 сигнализации, в котором срабатывает предупредительная сигнализация этого канала.

Элемент 20 задержки выдает сигнал на своем выходе и после подачи на его вход кратковременного сигнала с длительностью Езремеии меньшей, чем его время задержки (в нашем случае длительность сигнала логической 1 на входе элемента 20 равна длительности подготовительного режима, так как в основном режиме на входе порогового элемента 16 нулевой сигнал).

Время задержки элемента.20 равно ri . Элементы 21 и 22 задержки могут быть построены как элемент 19 задержки или как элемент 20 задержки.

Постоянная времени интегратора определяется, выражениями; по основному входу - То RO С; по скоростному входу - Тс RC С.

Так как сопротивление резистора RC выбирается намного меньше сопротивления резистора Ro, то и соответственно постоянная времени интегратора по скоростному входу Тс намного меньше постоянной времени по основному входу То.

Пороговый элемент 14 срабатывает при наличии на его входе нулевого или допустимого, наперед выбранного, значения модуля ошибки, снимаемого с выхода блока 13 выделения модуля.„

Для этого блока при UexS: ton ивых - J

при UBX Eon UBUX - 1.

Блок 13 выделения модуля на входе порогового элемента 14 необходим для выделения сигнала ошибки с одной полярностью, так как сигнал ошибки на выходе сумматора 27 имеет различную полярность, а на вход порогового элемента необходимо подавать сигнал одной полярности,

Пороговые элементы 15 и 16 срабатывают .при наличии на их входе напряжении

выше Eon.,„„.,

В тех случаях, когда выходные сигналы запоминающих элементов 10 равны максимальному значению, а сигналы ошибок ре- гулирования в каналах имеют такие значение и знак, что не вызывают изменения выходного сигнала регулирующего устройства 9. то оно не задерживается подключенным к этим каналам. Установка уровня срабатывания порогового элемента 15 дающего сигнал на переключение блока 25 с основного режима, пропускаемого канала на подготовительный режим следующего канала, зависит от конкретных объектов регулирования и находится в таких пределах - больше уровня срабатывания порогового элемента 14 и меньше максимального выходного сигнала сумматора 27. За счет этого сокращается общее время обе- гания каналов, что повышает точность регулирования, Кроме того, уменьшается время переходного процесса и перерегулирование при автоматическом выходе на режим при больших возмущениях в объектах регу- лирова 1ия или при резких изменениях задающих параметров,,.,ТЯ Выбором задержек времени элемента ми 19 - 22 задержки можно установить требуемое время подготовительного режима (элемент 21 задержки) и оптимальные вре- - мена основного режима для трех описанных случаев (элементы 19 - 22 задержки). Все это сокращает общее время обегания каналов что повышает точность поддержания . регулируемого параметра в объектах регу- лирования.

Формула изобретения . Многоканальный регулятор, содержащий канальные измерительные преобразо510 15 2

- я-

ватели, выходы которых соединены с входами первой группы ключей, подключенной своим выходом к одному из входов первого сумматора, к другому входу которого подсо- единен выход второй группы ключей, связанной своими входами с выходами канальных задатчиков, выход первого сум- матора подключен к основному входу интегратора, к первому входу второго сумматора 0 и входу блока выделения модуля, последовательно соединенного с первым пороговым элементом, выход второго сумматора связан с инвертирующим входом трехпози- ционного релейного элемента и входом 5 третьей группы ключей, связанной своими выходами через канальные аналоговые запоминающие эл менты с входами соответ- етвующих канальных исполнительных механизмов .и входами четвертой группы 0 ключей, выход которой подключен к неинвертирующему входу трехпозиционного релейного элемента, связанного своим выходом через пятую группу ключей с дополнительным входом интегратора, связан- 25 ного своим выходом с вторым входом второго сумматора, первый элемент 1/1JIV1, выход которого связан с блоком управления ключами, подключенным своими выходами к шине сигналов управления ключами, пер- 30 вый элемент задержки, выход которого подключен к первому входу .первого элемента ИЛИ и входу шестой группы ключей, выходы которой соединены с блоком сигнализации, отличающийся тем, что, с целью 35 повышения точности регулирования, регу- лятор дополнительно содержит второй и третий пороговые элементы, первый и второй элементы И, второй, третий и четвертый элементы задержки, второй элемент ИЛИ и 40 элемент НЕ, причем вхОд второго порогового элемента соединен с выходом первого сумматора, вход третьего порогового элемента соединен с неинвертирующим входом трехпозиционного релейного элемента, 45 выходы второго и третьего пороговых эле- ментов-соединены с соответствующими входами первого элемента И, выход которого через второй элемент задержки подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, вхо- 50 ды второго элемента ИЛИ соединены с шиной сигналов управления ключами, а его выход через третий элемент задержки подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ и через элемент НЕ соединен с одним 55 из входов второго элемента И и входом первого элемента задержки, другой вход второго элемента И соединен с выходом первого порогового элемента, а выход через четвертый элемент задержки - с четвертым входом первого элемента ИЛИ/

Изобретение относится к автоматическому регулированию и позволяет повысить точность регулирования параметра за счет сокращения общего времени обегания каналов, уменьшить время переходного процесса и величину перерегулирования в каналах при выводе объектов регулирования на заданный режим, при больших возмущениях в объектах регулирования или при резких изменениях задаваемых значений регулируемого параметра. При включении регулятора в работу блок управления ключами последовательно в темпе, задаваемом частотой переключения первого элемента ИЛИ из "0" в "1", замыкает посредством ключей, входящих в группы, соответствующий канал регулирования. Регулирующее устройство подключается от каналов, у которых выходные сигналы аналоговых запоминающих устройств равны максимальному значению, а ошибки регулирования в этих каналах имеют такое значение и знак, что не вызывают изменения выходного сигнала регулирующего устройства. 1 ил.